DE3924679A1 - Verwendung von (meth)acryloylgruppen aufweisenden polyurethanen als bindemittel fuer pulverlacke - Google Patents
Verwendung von (meth)acryloylgruppen aufweisenden polyurethanen als bindemittel fuer pulverlackeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von bestimmten,
pulverförmigen (Meth)Acryloylgruppen aufweisenden Poly
urethanen als Bindemittel in Pulverlacken, die unter dem
Einfluß von Hitze und/oder energiereicher Strahlung
ausgehärtet werden können.
Pulverförmige Überzugsmittel sind bekannt. Es handelt
sich dabei meist um Zweikomponenten-Überzugsmassen auf
Basis von Polyhydroxylverbindungen sowie Polycarboxyl
verbindungen und geeigneten reaktionsfähigen polyfunk
tionellen Verbindungen (Vernetzern).
Es werden auch kristalline, ungesättigte Polyesterharze
beschrieben (z.B.: EP-A 98 655 und EP-A 1 88 846), die
bei hohen Temperaturen mit Hilfe von Peroxiden ver
netzen. Die mit Peroxid vermischten, ungesättigten Poly
esterharze sind nicht lagerstabil. Dies gilt auch für
peroxidhaltige, pulverförmige Mischungen, die ungesät
tigte Acrylatgruppen enthalten, wie sie in der DE-OS
26 47 700 beschrieben werden.
Es war die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, neue
Pulverlack-Bindemittel bereitzustellen, die ohne zusätz
liche Vernetzerkomponente oder Peroxide vernetzt werden
können und daher eine hohe Lagerstabilität besitzen.
Gleichzeitig sollten die unter Verwendung der neuen
Pulverlack-Bindemittel hergestellten Überzüge ausge
zeichnete lacktechnische Eigenschaften, insbesondere
hohe Härte, Lösungsmittel- und Kratzfestigkeit, auf
weisen.
Die Aufgabe konnte mit der nachstehend näher beschrie
benen erfindungsgemäßen Verwendung von ausgewählten
Acryloylgruppen aufweisenden Polyurethanen gelöst
werden.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von (Meth)-
Acryloylgruppen aufweisenden Polyurethanen, die inner
halb des Temperaturbereichs von 50-180°C schmelzen,
einen Gehalt an olefinischen Doppelbindungen in Form von
(Meth)Acryloylgruppen (berechnet als =C=C=, Molekular
gewicht = 24) von 3 bis 10 Gew.-% aufweisen, und durch
Umsetzung von
- A) 40-80 Gew.-Teilen einer Polyisocyanatkomponente, bestehend aus mindestens einem organischen Poly isocyanat, mit
- B) 15-50 Gew.-Teilen einer (Meth)Acryloylgruppen auf weisenden Alkoholkomponente, bestehend aus minde stens einem (Meth)Acryloylgruppen-aufweisenden, einwertigen Alkohol, und
- C) 2-20 Gew.-Teilen einer weiteren Aufbaukompo nente, bestehend aus mindestens einer (Meth)- Acryloylgruppen-freien Verbindung mit gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen hergestellt worden sind, als Bindemittel für unter dem Einfluß von Hitze und/oder energiereicher Strahlung aus härtbare Pulverlacke.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Polyurethane
schmelzen innerhalb des Temperaturbreichs von 50-180°C,
d.h. sie weisen einen innerhalb dieses Temperaturbe
reichs liegenden Schmelzbereich auf. Außerdem weisen sie
den obengenannten Gehalt an olefinischen Doppelbindun
gen in Form von (Meth)Acryloylgruppen auf.
Die Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden
Polyurethane erfolgt durch Umsetzung der obengenannten
Ausgangskomponenten A)-C), wobei Art- und Mengenver
hältnisse dieser Ausgangskomponenten vorzugsweise so
gewählt werden, daß praktisch Isocyanatgruppen-freie
Polyurethane mit einem als Zahlenmittel bestimmten Mole
kulargewicht von 800 bis 10 000 resultieren.
Die Komponente A) besteht aus mindestens einem orga
nischen Polyisocyanat. Geeignete Polyisocyanate sind
beliebige, aus der Polyurethanchemie an sich bekannte,
organische Polyisocyanate mit aliphatisch, cycloali
phatisch und/oder aromatisch gebundenen Isocyanat
gruppen, die vorzugsweise ein Molekulargewicht von 168
bis 1000, vorzugsweise 168 bis 300 aufweisen. Geeignet
sind beispielsweise 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-
isocyanatomethyl-cyclohexan, (Isophorondiisocyanat,:
IPDI), 4,4′-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 4,4′-Di
isocyanatodiphenylmethan, dessen technische Gemische mit
2,4-Diisocyanatodiphenylmethan und gegebenenfalls den
höheren Homologen dieser Diisocyanate, 2,4-Diiso
cyanatotoluol und dessen technische Gemische mit 2,6-
Diisocyanatotoluol.
Ebenfalls geeignet sind Biuret-, Isocyanurat- oder Ure
than-modifizierte Polyisocyanate auf Basis dieser ein
fachen Polyisocyanate. Diese Derivate weisen im allge
meinen ein Molekulargewicht bis ca. 1000 auf. Die Her
stellung derartiger Derivate ist beispielsweise in US-PS
31 24 605, US-PS 31 83 112, US-PS 39 19 218 oder US-PS
43 24 879 beschrieben.
Bevorzugt werden als Komponente A) 2,4-Diisocyanatoto
luol oder dessen technische Gemische mit bis zu
35 Gew.-%, bezogen auf Gemisch, an 2,6-Diisocyanato
toluol, IPDI und/oder durch Trimerisierung von IPDI
erhaltene Isocyanuratgruppen aufweisende Polyisocyanate
verwendet.
Die Komponente B) besteht aus mindestens einem (Meth)-
Acryloylgruppen aufweisenden, einwertigen Alkohol.
Hierunter sind insbesondere Hydroxyalkylester der
Acrylsäure oder Methacrylsäure mit vorzugsweise 2-4
Kohlenstoffatomen im Hydroxyalkylrest wie Hydroxyethyl
(meth)acrylat, 2- und 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 2-,
3- und 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat zu verstehen.
Die Komponente C) besteht aus mindestens einer (Meth)-
Acryloylgruppen-freien organischen Verbindung mit min
destens zwei gegenüber Isocyanatgruppen reaktionsfähigen
Gruppen, insbesondere mindestens zwei, vorzugsweise 2-4
und besonders bevorzugt 2-3 alkoholischen Hydroxyl
gruppen. Die als Komponente C) bzw. als Teil der Kompo
nente C) besonders gut geeigneten Verbindungen weisen
ein Molekulargewicht von 62-200 auf. Beispielhaft ge
nannt seien Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propandiol,
Neopentylglykol, Glycerin, Trimethylolpropan und
Pentaerythrit. Weiterhin als Komponente C) bzw. als Teil
der Komponente C) geeignet, jedoch weniger bevorzugt,
sind die aus der Polyurethanchemie an sich bekannten
höher molekulsren Verbindungen, mit gegenüber Iso
cyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen, insbesondere
Hydroxylgruppen, wie beispielsweise die bekannten Poly
hydroxypolyether oder -polyester eines über 200 liegen
den Molekulargewichts. Die Mitverwendung derartiger Auf
baukomponenten ist jedoch allenfalls in untergeordneten
Mengen möglich, da sonst die erfindungswesentliche Be
dingung bezüglich des Schmelzbereichs der Polyurethane
nicht erfüllt werden kann.
Die Herstellung der Polyurethane durch Umsetzung der
genannten Ausgangskomponenten kann in inerten Lösungs
mitteln, wie beispielsweise Aceton, Ethylacetat, Butyl
acetat oder Toluol erfolgen, wobei vorzugsweise Reak
tionstemperaturem von 20 bis 100°C, insbesondere 20 bis
80°C eingehalten werden. Vorzugsweise wird so vorge
gangen, daß zunächst in einem ersten Reaktionsschritt
die Umsetzung zwischen der Komponente A) und der Kompo
nente B) durchgeführt wird, worauf sich die Umsetzung des
so erhaltenen Umsetzungsprodukte mit der Komponente C)
anschließt.
In der Praxis kann somit beispielsweise so vorgegangen
werden, daß das Polyisocyanat vorgelegt und unter milden
Bedingungen, z.B. innerhalb der obengenannten Tempera
turbereiche mit dem ungesättigten Monoalkohol B) umge
setzt wird, worauf sich die Umsetzung mit der weiteren
Komponente C) ebenfalls innerhalb der genannten Tempe
raturbereiche anschließt, bis der NCO-Gehalt auf unter
0,1 Gew.-% abgefallen ist.
Die zum Polyurethän führende Additionsreaktion kann in
an sich bekannter Weise mittels geeigneter Katalysatoren
wie beispielsweise Zinnoctoat, Dibutylzinndilaurat oder
tertiären Aminen wie Dimethylbenzylamin beschleunigt
werden. Das als Umsetzungsprodukt anfallende Polyurethan
bzw. Urethanacrylat kann andererseits durch Zugabe ge
eigneter Inhibitoren und Antioxidantien wie beispiels
weise Phenole und/oder Hydrochinone,
in Mengen von jeweils 0,001 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf
Polyurethan, vor vorzeitiger und unerwünschter Polymeri
sation geschützt werden. Der Zusatz dieser Hilfsmittel
kann vor, gleichzeitig und/oder im Anschluß an die zum
Polyurethan führende Umsetzung erfolgen.
Nach beendeter Umsetzung wird das verwendete Lösungs
mittel wieder entfernt. Dies kann z.B. durch Erwärmen
der Reaktionslösung unter Vakuum auf 60-100°C ge
schehen. Die Polyurethane sollten nicht mehr als 1-2%
Restlösungsmittel enthalten.
Die auf diese Weise erhaltenen Polyurethane bzw. Ure
thanacrylate stellen wertvolle Bindemittel für Pulver
lacke dar. Sie können ohne weitere Zusätze als hitze
vernetzbare Pulver-Klarlacke verarbeitet werden (in
welchem Falle das Bindemittel mit dem Überzugsmittel
identisch wäre) oder, vorzugsweise, mit den aus der
Lacktechnologie üblichen Hilfs- und Zusatzmitteln, wie
beispielsweise Pigmenten, wie z.B. Titandioxid, Ver
laufsmitteln, wie z.B. Polybutylacrylat oder Siliconen
und/oder anderen Zusatzstoffen versehen und z.B. auf
Extrudern oder Knetern bei Temperaturen von ca. 80 bis
140, vorzugsweise 100-120°C, homogenisiert werden. Der
hierbei anfallende Feststoff wird dann in an sich
bekannter Weise gemahlen und durch Sieben von groben
Kornanteilen, vorzugsweise zumindest von solchen mit
einer oberhalb 0,1 mm liegenden Korngröße befreit.
Die so hergestellten pulverförmigen Überzugsmittel
können nach üblichen Pulverauftragsverfahren, wie z.B.
elektrostatischem Pulversprühen oder Wirbelsintern, auf
die zu überziehenden Formteile aufgebracht werden. Die
Härtung der Überzüge kann entweder durch Erhitzen auf
Temperatur von 130-220°C, vorzugsweise 150-190°C,
oder durch die Einwirkung von energiereicher Strahlung
wie UV- oder Elektronenstrahlen erfolgen.
Im Falle der Vernetzung mittels UV-Bestrahlung ist es
notwendig, den Überzugsmassen vor der Homogenisierung
Fotoinitiatoren hinzuzufügen.
Als Fotoinitiatoren sind die üblicherweise eingesetzten
Verbindungen geeignet, wenn sie pulverisierbar sind.
Beispiele hierfür sind 1-Hydroxycyclohexylphenylketon,
Benzildimethylketal oder - bei pigmentierten Systemen -
2-Methyl-1-(4-(methylthio)phenyl-2-morpholino propanon-1-
oder Trimethyl-benzoyl-diphenyl-phosphinoxid.
Die erwähnten Fotoinitiatoren, die in Mengen zwischen
0,1 und 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, be
zogen auf das Gewicht der Polyurethane, eingesetzt
werden, können als einzelne Substanz oder, wegen häu
figer vorteilhafter synergistischer Effekte, auch in
Kombination miteinander verwendet werden.
In den nachfolgenden Beispielen beziehen sich alle
Prozentangaben auf das Gewicht.
Die in der Tabelle 1 aufgeführten Polyisocyanate A)
werden jeweils zusammen mit 0,1% 2,5-Di-t.-butyl-
p-kresol und 0,2% Zinndioctoat in Ethylacetat gelöst.
Das Ethylacetat wird hierbei in einer solchen Menge
eingesetzt, daß ein Festgehalt, der sich auf die Ge
samteinwaage bezieht, von 60% resultiert. Daraufhin
werden die in der Tabelle 1 genannten einwertigen Alko
hole B) so zugetropft, daß die Temperatur nicht über
70°C ansteigt. Anschließend werden die jeweiligen Kom
ponenten C) zugegeben und die Mischung bei 60°C solange
gehalten bis der NCO-Gehalt auf kleiner 0,1 Gew.-% ge
sunken ist. Danach wird das Lösungsmittel bei 70-80°C
im Vakuum (ca. 15 mbar) abgezogen bis ein Festgehalt von
ca. 99% erreicht ist.
Die Produkte der Beispiele 1-6 werden zu einem Pulver
einer durchschnittlichen Korngröße von 50 µm gemahlen.
Das Grobkorn von Korngrößen über 90 µm wird abgesiebt,
das Pulver mit Hilfe einer Pulversprühpistole auf ent
fettete, doppelt dekapierte, geerdete Eisenbleche
(165×65×0,8 mm) bei 90 kV Negativspannung so aufge
spritzt, daß nach dem Einbrennen eine durchschnittliche
Filmschichtdicke von 70 µm resultiert.
- a) thermische Härtung Die Lackfilme werden bei 180°C 30 Minuten erhitzt. Danach sind die Lackfilmoberfläche hart, kratz-, wasser- und lösemittelfest.
- b) Fotochemische Härtung Jeweils 100 g der pulverisierten Polyurethane gemäß Beispielen 1-6 werden mit 5 g Fotoinitiator (1- Hydroxycyclohexylphenylketon) gemischt. Nach dem elektrostatischen Aufspritzen werden die Mischungen bei 140°C solange getempert, bis sie geschmolzen sind. Daraufhin werden die Platten mit einer Ge schwindigkeit von 5 min unter einem Hanovia strahler (80 W/cm, 10 cm Abstand) durchbewegt. Es entstehen harte, kratz-, wasser- und lösemittel feste Überzüge.
Claims (1)
- Verwendung von (Meth)Acryloylgruppen aufweisenden Poly urethanen, die innerhalb des Temperaturbereichs von 50- 180°C schmelzen, einen Gehalt an olefinischen Doppel bindungen in Form von (Meth) Acryloylgruppen (berechnet als =C=C=, Molekulargewicht = 24) von 3 bis 10 Gew.-% aufweisen, und durch Umsetzung von
- A) 40-80 Gew.-Teilen einer Polyisocyanatkomponente, bestehend aus mindestens einem organischen Poly isocyanat, mit
- B) 15-50 Gew.-Teilen einer (Meth)Acryloylgruppen auf weisenden Alkoholkomponente, bestehend aus min destens einem (Meth)Acryloylgruppen-aufweisenden, einwertigen Alkohol, und
- C) 2-20 Gew.-Teilen einer weiteren Aufbaukomponente, bestehend aus mindestens einer (Meth)Acryloyl gruppen-freien Verbindung mit gegenüber Iso cyanatgruppen reaktionsfähigen Gruppen hergestellt worden sind, als Bindemittel für unter dem Einfluß von Hitze und/oder energiereicher Strahlung aushärtbare Pulverlacke.
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